Поняття пластового тиску: визначення та формула розрахунку

У цій статті ми ознайомимося з поняттям пластового тиску (ПД). Тут будуть порушені питання його визначення і значення. Також розберемо спосіб експлуатації людиною. Не обійдемо стороною і поняття аномального пластового тиску, точність вимірювальних можливостей апаратури і деякі окремі поняття, пов’язані з домінуючим в цьому тексті.

Введення

Пластовий тиск — це показник величини тиску, створеного за допомогою впливу пластових флюїдів і вимещеного на певній породі мінералів, гірських порід тощо.

Флюїдами називають будь-які речовини, поведінку яких під час деформації можна описати за допомогою використання законів механіки для рідин. Сам термін був введений в обіг наукової мови приблизно в середині сімнадцятого століття. Їм позначали гіпотетичні рідини, за допомогою яких намагалися пояснити з фізичної точки зору процес утворення гірських порід.

Визначення пласту

Перш ніж приступити до розбору пластового тиску, слід звернути на деякі важливі поняття увагу, які з ним пов’язані, а саме: пласт і його енергія.

Пластом у геологи називають тіло, що володіє плоскою формою. Його потужність при цьому набагато слабша за розмір площі поширення, в межах якого вона діє. Також даний показник потужності володіє низкою однорідних ознак і обмежується набором паралельних поверхонь, як малих, так і великих: покрівля — верх і підошва — низ. Визначення силового показника можна визначити за допомогою знаходження найкоротшої відстані між підошвою і покрівлею.

Будова пласту

Пласти можуть утворюватися з декількох прошарків, що належать різним породам і пов’язані між собою. Прикладом може служити вугільний пласт з наявними шарами аргіллітів. Нерідко термінологічну одиницю «пласт» застосовують при позначенні стратифікованих скупчень корисних копалин, таких як: вугілля, поклади руди, нафти, а також водоносні ділянки. Складання пластів відбувається за допомогою накладання один на одного різних осадових порід, а також вулканогенних і метаморфічних гірських.

Поняття пластової енергії

Пластовий тиск тісно пов’язаний з поняттям пластової енергії, яка є характеристикою можливостей пластів-колекторів і ув’язнених у них флюїдів, наприклад: нафти, газу або води. Важливо розуміти, що її значення базується на тому, що всі речовини всередині пласта знаходяться в стані постійної напруги, обумовленої гірським тиском.

Видове розмаїття енергії

Існує кілька видів пластової енергії:

• напірна енергія пластової рідини (води);
• енергія вільних газів, що виділяються, які перебувають у розчинах зі зниженим тиском, наприклад у нафті;
• упругість стисненої породи та рідини;
• напірна енергія, обумовлена силою тяжкості речовини.

У ході відбору рідин, зокрема газу, з середовища пласта запас енергії витрачається для забезпечення процесу переміщення флюїдів, за допомогою якого вони зможуть подолати, що протидіють їх руху, сили (сили, що відповідають за внутрішнє тертя між рідинами і газами і самою породою, а також капілярні сили).

Напрямок руху нафти і газів у просторі пласта, як правило, обумовлюється проявом нових типів енергії пласта одночасно. Прикладом може служити поява енергії пружності породи і рідини та її взаємодія з потенціалом сили тяжкості нафти. Переважання певного виду енергетичного потенціалу залежить від ряду особливостей геологічного характеру, а також умов, в яких експлуатується родовище конкретного ресурсу. Відповідність конкретної форми енергії, за допомогою якої здійснюється переміщення рідин і газів, з видом видобувної свердловини дозволяє розрізняти різні режими роботи покладів газу і нафти.

Важливість параметра

Пластовий тиск — це вкрай важливий параметр, який характеризує енергетичні можливості пластів, що несуть в собі водні або нафтогазові ресурси. У процесі його формування беруть участь кілька видів тиску. Всі вони нижче будуть перераховані:

• гідростатичний пластовий тиск;
• надлишкове газове або нафтове (сила Архімеда);
• тиск, що виникає внаслідок змін розмірної величини обсягу резервуара;
• тиск, що виникає завдяки розширенню або стисненню флюїдів, а також зміні їх маси.

Поняття пластового тиску включає в себе дві його різні форми:

1. Початкове — вихідний показник, яким володів пласт до розтину його резервуара під землею. У деяких випадках воно може зберігатися, тобто не порушуватися внаслідок впливу техногенних факторів і процесів.
2. Поточне, яке також називають динамічним.

Якщо порівнювати пластовий тиск з умовним гідростатичним (тиском стовпчика прісної рідини, висотної від показника денної поверхні до точки заміру), то можна сказати, що перше ділиться на дві форми, а саме, аномальну і нормальну. Остання перебуває в безпосередній залежності з глибиною залягання пластів і продовжує рости, приблизно на 0,1 Мпа за кожні десять метрів.

Нормальний і аномальний тиск

ПД в нормальному стані є рівним гідростатичному тиску водяного стовпа, з щільністю, рівною одному граму на см³, від пластової покрівлі до земної поверхні по вертикалі. Аномальним пластовим тиском називають будь-які форми прояву тиску, які відрізняються від нормального.

Існує 2 види аномального ПД, про які зараз буде розказано.

Якщо ПД перевищує гідростатичне, тобто те, в якому тиск стовпця води володіє показником щільності, рівним 103 кг/м³, то його називають аномально високим (АВПД). Якщо показник тиску в пласті нижчий, то його іменують аномально низьким (АНПД).

Аномальне ПД знаходиться в система ізольованого типу. В даний час однозначної відповіді на питання про генезис АПД не існує, так як тут думки фахівців розходяться. Серед головних причин його утворення знаходяться такі фактори, як: процес ущільнення порід глини, явище осмосу, катагенетичний характер перетворення породи і включених до неї органічних сполук, робота тектогенезу, а також наявність геотермічного середовища в надрах землі. Всі перераховані фактори можуть ставати переважаючими між собою, що залежить від будови геологічної структури та історичного розвитку регіону.

Однак велика частина дослідників вважає, що найважливішою причиною того чи іншого формування пласта і наявності в ньому тиску, є фактор температури. Це засновано на тому, що тепловий коефіцієнт розширення будь-якого флюїду в ізольованій породі перевищує в багато разів цей же показник у мінерального ряду компонентів у породі гір.

Встановлення АПД

АПД встановлюється внаслідок проведення буріння в різних свердловинах, як на суші, так і на території акваторій. Це пов’язано з постійним пошуком, розвідкою і розробкою покладів газу і/або нафти. Зазвичай їх знаходять у досить великому інтервалі рівня глибин.

Де вкрай глибоко на дні, частіше можна зустріти аномальний високий пластовий тиск (від чотирьох км і більше). Найчастіше такий тиск буде перевищувати гідростатичний, приблизно в 1,3 — 1,8 разів. Іноді зустрічаються випадки від 2 і до 2.2; у такому випадку вони найчастіше не здатні досягти перевищення геостатичного тиску, який надає вагу вищележащої породи. Вкрай рідко можна зустріти випадок, в якому на великій глибині можна зафіксувати АВПД рівне або перевищує значення геостатичного тиску. Передбачається, що це обумовлено впливом різних факторів, таких як: землетрус, грязьовий вулкан, зростання солянокупольної структури.

Додатний компонент АВПД

АВПД має благотворний вплив на колекторські властивості вимічуючої породи. Дозволяє збільшити інтервал часу для експлуатації родовищ газу і нафти, не застосовуючи в ході цього вторинні дорогі методи. Також збільшує питомий запас газу і дебіту свердловини, намагається зберігати скупчення вуглеводню і є свідченням наявності в нафтогазоносному басейні різних ізольованих ділянок. Говорячи про будь-які форми ПД, важливо пам’ятати, з чого воно утворюється: пластового тиску газу, нафти і гідростатичного.

Місця з АВПД, що були розвинені на великій глибині, особливо в місцях з регіональним поширенням, містять значний запас такого ресурсу, як метан. Він перебуває там у стані розчину, який міститься в перегрітій воді, з температурою від 150-200 ° C.

Деякі дані

Людина може витягувати запаси метану і користуватися гідравлічною і тепловою енергією води. Однак є тут і зворотний бік, адже АВПД часто стають джерелами аварій, що виникли при бурінні свердловини. Для таких зон використовують у процесі буріння метод обважнення, мета якого — попередити викид. Однак застосовувані розчини можуть бути поглинуті пластами з двох тисків: гідростатичного та аномально низького.

В ході осмислення процесу з видобутку ресурсів нафти і газу за допомогою установки вишок необхідно знати про наявність поняття про забійний пластовий тиск. Воно є величиною тиску на забої нафтової, газової або водяної свердловини, що здійснює процес роботи. Воно повинно бути нижче значення пластової величини впливу.

Загальна інформація

ПД постійно змінюється в міру розповсюдження пласта і збільшення глибини покладів нафти або газу. Також воно зростає внаслідок зростання потужності водоносного горизонту. Зіставляється такий тиск тільки з якоюсь однією площиною, а саме рівнем, початковим положенням водонафтового контакту. Показники таких приладів, як манометр, показують результати лише для зон зниженого типу.

Якщо говорити конкретно про пластовий тиск свердловини, то під цими словами передбачають величину скупчення корисних копалин, що знаходяться в порожнечах землі. Причиною такого явища послужила випадкова наявність можливості в основній частині пласта вийти на поверхню. Процес напою пласта здійснюється, завдяки відверстіям, що утворилися.

СППД

Система підтримки пластового тиску — це технологічний комплекс з обладнання, що потрібно для проведення роботи з підготовки, транспортування та закачування агента, що виконує зусилля, необхідне для проникнення в простір пласта з нафтою. Тепер перейдемо безпосередньо до конкретики.

Підтримка пластового тиску виконується системою, що включає в себе:

• об’єкти для різного типу закачувань, наприклад води всередину пласта;
• підготовку води до стану кондицій;
• нагляд за якістю води в системах ППД;
• стеження за виконанням усіх вимог до техніки безпеки, а також перевірку рівня надійності та герметичності у влаштуванні системи експлуатації промислового водоводу;
• використання водопідготовчого циклу в замкнутому вигляді;
• створення можливості для зміни параметрів, що відповідають за режим закачування води з порожнини свердловини.

СППД в собі несе три основні системи: нагнітальну для свердловини, трубопровідну і розподільчу і по закачуванню агента. Також включено обладнання з підготовки агента, що експлуатується для проведення закачування.

Формула пластового тиску: Рпл = h ▪ r ▪ g, де

h — це рівень висоти рідинного стовпа, врівноважуючого ПД,

r — це величина щільності рідини всередині свердловини,

g — це показник прискорення у вільному падінні м/с².